廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)SIS的研究與應(yīng)用

1、廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)SIS的研究與應(yīng)用袁桂麗王田宏（華北電力大學(xué)（北京）自動化系，北京102206）摘要本文在論述SIS系統(tǒng)概念、基本功能的基礎(chǔ)上，著重討論電廠SIS系統(tǒng)設(shè)計、實施過程中所需注意的幾個問題，然后介紹西門子公司高級應(yīng)用軟件在國內(nèi)某電廠SIS系統(tǒng)中的應(yīng)用，使電廠真正實現(xiàn)管控一體化。從而為其它電廠開展SIS建設(shè)提供思路和參考。關(guān)鍵詞電廠；SIS;信息；管控一體化引言隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，目前現(xiàn)代大型火電廠各工藝系統(tǒng)的控制已普遍采用分散控制系統(tǒng)DCS和輔助控制系統(tǒng)PLC，大大提高了機組的自動化水平，但是各控制系統(tǒng)之間、控制系統(tǒng)和廠級管理信息系統(tǒng)MIS之間的相互孤立，無法在全廠

2、范圍內(nèi)實現(xiàn)信息共享。另外，隨著電力體制改革的深入開展，廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)已經(jīng)成為必然趨勢，因此，電力生產(chǎn)企業(yè)面臨著前所未有的激烈競爭，如何在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，最大限度地發(fā)揮機組性能，降低發(fā)電成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平和市場競爭力逐漸成為關(guān)系到電廠發(fā)展的重要因素，因此，電廠必須整合企業(yè)現(xiàn)有的硬件資源，在整個電廠范圍內(nèi)實現(xiàn)信息共享，做到管控一體化，從而提高電廠的整體經(jīng)濟效益，以適應(yīng)電力體制改革的迫切要求?；痣姀S廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）的建立，響應(yīng)了以信息化提高電廠生產(chǎn)過程管理、決策水平的需求。SIS系統(tǒng)是一個融計算機技術(shù)、信息技術(shù)、控制理論、人工智能、管理科學(xué)和決策科學(xué)等學(xué)科的集成系統(tǒng)。本文在

3、介紹SIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，著重討論電廠SIS系統(tǒng)設(shè)計、實施過程中所需注意的幾個問題，并介紹SIS系統(tǒng)在國內(nèi)某大型電廠的應(yīng)用，真正實現(xiàn)電廠管控一體化。電廠SIS系統(tǒng)的基本功能火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）是指通過采集和處理全廠的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，以實行生產(chǎn)過程綜合化服務(wù)的實時管理和監(jiān)控的信息系統(tǒng)，按SIS的功能可分為實時/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集前端和建立在數(shù)據(jù)服務(wù)器基礎(chǔ)上的各種高級應(yīng)用軟件。SIS主要目的是在電廠MIS系統(tǒng)和各種分散計算機控制系統(tǒng)之間架起一座聯(lián)系的橋梁，從而在整個電廠范圍內(nèi)實現(xiàn)信息共享，為企業(yè)的信息化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。圖1SIS系統(tǒng)的功能模塊圖目前，從國內(nèi)外開發(fā)、應(yīng)用的經(jīng)驗看，還沒有清

4、晰完整的SIS定義，其系統(tǒng)功能、監(jiān)控方式、管理范圍還需不斷發(fā)展完善。如圖1所示，SIS的主要功能有：全廠各生產(chǎn)系統(tǒng)實時信息顯示、機組的性能計算與經(jīng)濟性分析、全廠負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度、機組壽命管理、設(shè)備狀態(tài)檢修及故障診斷和維修指導(dǎo)、機組運行經(jīng)濟評估等。1、全廠各生產(chǎn)系統(tǒng)實時信息顯示該功能以畫面、曲線、棒狀圖等形式顯示機組及其輔助設(shè)備的運行狀態(tài)、參數(shù)、系統(tǒng)圖，為廠級生產(chǎn)管理人員提供實時信息。同時記錄生產(chǎn)過程的主要數(shù)據(jù)，生成各職能部門需要的全廠各類生產(chǎn)、經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計報表。2、性能計算和經(jīng)濟性分析該功能用于計算單元機組各主輔設(shè)備的效率等性能參數(shù)。各單元機組的主輔設(shè)備如鍋爐、汽輪機、凝汽器、給水加熱器等的性能計

5、算，以及全廠綜合性能計算、分析，這是優(yōu)化調(diào)度所必需的，它以獲得最佳發(fā)電成本為目標(biāo)，將機組和輔助設(shè)備的當(dāng)前各性能參數(shù)與理想值進行計算比較，將偏差以百分?jǐn)?shù)形式顯示于屏幕，以使運行人員矯正偏差。3、全廠負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度電力市場實施后，負(fù)荷的分配由原來的“計劃”模式向電廠或機組的電量競價模式轉(zhuǎn)變，對于非直調(diào)的機組，電廠可通過SIS系統(tǒng)根據(jù)機組的負(fù)荷響應(yīng)性能來實現(xiàn)各機組的負(fù)荷最優(yōu)分配，以得到全廠最大的經(jīng)濟效益，并可根據(jù)需要分別制定出實時優(yōu)化、短期優(yōu)化和中期優(yōu)化，這樣，既有利于電廠的經(jīng)濟運行，也有利于廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的商業(yè)化運行方式的實現(xiàn)。4、機組壽命管理壽命監(jiān)測和管理是通過啟動曲線、運行曲線、壽命曲線和廠

6、家提供的各種數(shù)據(jù)、圖表來配置設(shè)備的預(yù)測與預(yù)防性維護方案，為了分析和比較，系統(tǒng)能根據(jù)每次啟停計算壽命損耗且累積最終壽命損耗，儲存每次啟停的壽命損耗率，同時系統(tǒng)根據(jù)各種運行參數(shù)和設(shè)備的運行時間，在CRT上為運行操作人員顯示出對維護的預(yù)測和指令。5、設(shè)備狀態(tài)檢修及故障診斷和維修指導(dǎo)通過對過程各部分的變量進行邏輯評估來監(jiān)視過程，并將過程的實際狀態(tài)與動態(tài)過程模型進行比較，面向狀態(tài)進行診斷和早期報警，使運行人員能在故障發(fā)生前對這一問題進行糾正，并將診斷出的問題以因果圖的方式顯示出來。并可自動提供高精度實時設(shè)備性能數(shù)據(jù)，供管理人員分析和編寫報告時使用。通過對所采集的測點數(shù)據(jù)進行分析，并與標(biāo)準(zhǔn)模型進行比較，對

7、診斷出錯誤的數(shù)據(jù)進行調(diào)整，調(diào)整后的數(shù)據(jù)發(fā)往過程信息管理系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，參與生產(chǎn)過程的控制。6、機組運行經(jīng)濟評估及優(yōu)化運行當(dāng)機組在一定的負(fù)荷下運行時，各種參數(shù)存在著與負(fù)荷及其他運行條件對應(yīng)的理想值，通常稱之為目標(biāo)值。這些目標(biāo)值是根據(jù)設(shè)計、運行、熱力實驗等技術(shù)參數(shù)確定的，機組在運行過程中，如果這些參數(shù)偏離了目標(biāo)值，就會造成熱經(jīng)濟損失。因此SIS系統(tǒng)應(yīng)具有監(jiān)視機組的運行參數(shù)，在其發(fā)生偏離時，及時警告并對偏離進行分析計算，得出調(diào)整的操作方式，以指導(dǎo)機組的運行優(yōu)化。SIS功能不只限于上述幾方面，它將根據(jù)全廠實時生產(chǎn)過程綜合監(jiān)控和管理的需要以及開發(fā)應(yīng)用的實踐，不斷充實和完善。3電廠SIS系統(tǒng)設(shè)計、實施等相

8、關(guān)問題探討盡管國內(nèi)SIS建設(shè)正處于起步階段，但從長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，電廠SIS系統(tǒng)有著廣泛的發(fā)展前景，目前，為了尋求一種適合國情的SIS建設(shè)之路，國內(nèi)各發(fā)電企業(yè)、科研院所對SIS建設(shè)進行著廣泛的研究和有益的嘗試。下面就電廠SIS系統(tǒng)設(shè)計、實施過程中的一些體會作一總結(jié)。、實時信息共享，滿足不同層次人員的需要。廠級各生產(chǎn)部門的實時信息應(yīng)該共享。集中控制室運行值長可全面了解各單元機組運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)或事故現(xiàn)象，能及時作出分析判斷、決策并迅速處理；同時決策者、管理者以及作業(yè)層根據(jù)自己的需求，可隨時共享信息。2、網(wǎng)絡(luò)合理規(guī)劃，安全第一。對信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)總體的合理規(guī)劃，避免重復(fù)設(shè)置，節(jié)約投資及工程量

9、。實現(xiàn)電廠管理信息網(wǎng)與DCS實時數(shù)據(jù)網(wǎng)及相關(guān)輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)的隔離，同時構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)之間信息交換的橋梁。既保證了單元機組網(wǎng)絡(luò)運行的安全性，又有利于網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)信息流的共享與交換。電廠SIS系統(tǒng)采用單獨的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。3、軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，滿足長遠(yuǎn)發(fā)展需要。全廠計算機系統(tǒng)的軟、硬件接口要統(tǒng)一、規(guī)范化，這將有利于系統(tǒng)的應(yīng)用及開發(fā)；系統(tǒng)軟件平臺開放，能與第三方軟、硬件兼容，實施時工作量小，安全性能高；接口間的通訊能較好的實現(xiàn)無縫連接。4、生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)畫面與生產(chǎn)監(jiān)控畫面相同。評價一個系統(tǒng)的優(yōu)劣，主要看它的實用性，SIS系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程管理和監(jiān)控系統(tǒng)，其生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)畫面應(yīng)與生產(chǎn)監(jiān)控畫面相同，畫面

10、統(tǒng)一，便于瀏覽和操作。系統(tǒng)設(shè)計、實施步驟及思路SIS系統(tǒng)作為發(fā)電廠企業(yè)信息化的重要組成部分，是一個系統(tǒng)工程。它不僅要考慮用戶各方面的需求，還要與全廠的信息化建設(shè)相協(xié)調(diào)，所以建設(shè)SIS系統(tǒng)時應(yīng)遵循“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一組織開發(fā)”的四統(tǒng)一原則，按照如下步驟和思路實施SIS系統(tǒng)。首先設(shè)立專門的組織機構(gòu)，采用先進管理手段，完成SIS系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)。項目的組織和管理是保證一個項目實施成功的重要環(huán)節(jié)，尤其對于電廠這樣的即將按獨立發(fā)電公司運作的全廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)的大型復(fù)雜項目SIS系統(tǒng)，更需要采用先進的組織管理手段，設(shè)立專門機構(gòu)，保證項目的成功實施。為了順利實施SIS系統(tǒng)，發(fā)電廠內(nèi)部應(yīng)成立完善

11、的組織機構(gòu)，分工合作，自上而下有組織、有針對性地完成SIS系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)。其次，規(guī)劃設(shè)計，構(gòu)建一個整體的SIS系統(tǒng)框架，然后分步實施。SIS作為現(xiàn)代化發(fā)電廠管理的思想和方法，是隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、現(xiàn)代管理技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展起來的，因此，在建設(shè)SIS時，應(yīng)遵循實用性的原則，確定建設(shè)的優(yōu)先次序，分階段、分步驟地實施。SIS 系再次，根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇性價比高的軟硬件系統(tǒng)。追求先進性、安全可靠性與可擴展性，保證系統(tǒng)滿足今后在功能開發(fā)上的需要。在進行統(tǒng)選型時，應(yīng)選用當(dāng)今國內(nèi)、外比較成熟的計算機軟硬件技術(shù)產(chǎn)品，使系統(tǒng)能夠最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)發(fā)展和發(fā)電廠發(fā)展的需要；應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，提供模

12、塊化的應(yīng)用軟件和可維護性高的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)維護的及時性；應(yīng)該選擇開放性好、易擴展移植的系統(tǒng)，保證技術(shù)進步對SIS系統(tǒng)的內(nèi)容和功能可擴充性的要求；由于SIS系統(tǒng)采集和處理的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，要選擇可靠性高的系統(tǒng)，保證SIS運行的穩(wěn)定性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)性；由于發(fā)電廠SIS采集的數(shù)據(jù)為發(fā)電廠生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，并且與SIS系統(tǒng)有數(shù)據(jù)交換，其中包括了許多關(guān)于發(fā)電廠的安全的重要數(shù)據(jù)，要求系統(tǒng)的安全性要高。最后，按照設(shè)計要求，選擇一個技術(shù)實力強勁的實施商進行項目實施。選擇一個技術(shù)實力強的實施商，實施商應(yīng)注重對現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員進行持續(xù)不斷教育和培訓(xùn)，保證實施進度，鼓勵和激發(fā)現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員參與系統(tǒng)的實施和應(yīng)用

13、。SIS系統(tǒng)是管理技術(shù)與信息技術(shù)的有機結(jié)合，在管理上所反映出的理論和思想比實際運作更要先進，因此，需要對發(fā)電廠各級管理層進行先進的管理思想培訓(xùn)，對SIS系統(tǒng)涉及到的人員按照系統(tǒng)管理、應(yīng)用開發(fā)、關(guān)鍵用戶和最終用戶分類，進行軟件具體功能培訓(xùn)，明確各方的界限，分工合作，保證項目的實施進度。系統(tǒng)實施應(yīng)注意的問題由于SIS系統(tǒng)的提出時間不長，SIS功能的軟件開發(fā)和應(yīng)用尚不成熟，這就需要電廠和系統(tǒng)開發(fā)商和實施方緊密配合，不斷的總結(jié)經(jīng)驗，對系統(tǒng)不斷完善，因此，各發(fā)電集團公司可在自己管轄的少量有代表性的電廠中做試點，隨著條件的成熟，再逐步推廣應(yīng)用。對于一般電廠（特別是新建電廠）可以先建立SIS網(wǎng)絡(luò)框架，設(shè)置一

14、些數(shù)據(jù)庫和性能計算等少量相對成熟的功能軟件，隨著電力的發(fā)展和技術(shù)的不斷提高可補充其他功能的軟件。SIS系統(tǒng)的功能軟件要采用具有良好的透明性和二次開發(fā)能力的產(chǎn)品，以便于用戶在生產(chǎn)期間根據(jù)需要不斷的修改和開發(fā)。要結(jié)合本廠的具體情況設(shè)置系統(tǒng)功能，SIS系統(tǒng)的功能不能僅局限于以上所提的幾個方面，不要造成投資的浪費，比如：機組負(fù)荷分配功能，對于機組數(shù)量多，又在同一個電壓等級上，這時設(shè)置此功能就比較合算，反之負(fù)荷分配的功能就不能得到充分的發(fā)揮。另外，在系統(tǒng)功能的選擇上要避免重復(fù)開發(fā)，比如DCS具有機組在線性能計算，而SIS也有此功能，這就造成不必要的浪費，建議可將性能計算的功能只放在SIS系統(tǒng)來實現(xiàn)，使D

15、CS只用來做監(jiān)控。為了提高網(wǎng)絡(luò)的獨立性、可靠性和安全性，SIS系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)分別采用相對對立的網(wǎng)絡(luò)，兩者之間的通訊靠兩者數(shù)據(jù)服務(wù)器的相連和交換信息，從而可以減少網(wǎng)絡(luò)的通訊壓力。對全廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要統(tǒng)籌考慮，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一體化，硬件要強調(diào)采用標(biāo)準(zhǔn)性、開放性和穩(wěn)定性好的第三方產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以采用以太網(wǎng)或其他開放性網(wǎng)絡(luò)。4SIS系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用例如，國內(nèi)某發(fā)電廠一期工程（2x600MW機組）的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）系統(tǒng)，從系統(tǒng)應(yīng)用軟件構(gòu)成的角度來看，應(yīng)用軟件規(guī)劃采用西門子公司的管控一體化模式的相關(guān)軟件。SIEMENS公司一體化模式結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖2SIEMENS公司管控一體化模式結(jié)構(gòu)圖西門

16、子公司基于對電廠多年的研究和實踐經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)代化信息和管理技術(shù)，在對全廠信息進行優(yōu)化整合的基礎(chǔ)上，以美國OSI公司的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)PI為基礎(chǔ)開發(fā)了集成信息系統(tǒng)。電廠各控制系統(tǒng)如每個單元機組主控系統(tǒng)DCS、輔助系統(tǒng)PLC、網(wǎng)控系統(tǒng)NCS等的數(shù)據(jù)根據(jù)實際需要進入實時數(shù)據(jù)庫，在實時數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，進行軟件模塊的開發(fā)。西門子公司的一體化模式應(yīng)用軟件包括：Profi（過程優(yōu)化控制系統(tǒng)）、Optipro（運行優(yōu)化系統(tǒng)）、BFS+（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）、Cockpit（高層決策支持系統(tǒng)）等軟件。以上軟件囊括了電廠控制和管理的主要應(yīng)用軟件，并且所有軟件模塊都可以根據(jù)用戶的需要進行選用，經(jīng)過統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和管理，較好地解

17、決了電廠信息的全面集成。此電廠SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。該網(wǎng)絡(luò)示意圖主要采用了分層分布式設(shè)計，整個SIS系統(tǒng)分為上下兩層，下層為SIS接口層網(wǎng)絡(luò)，采用獨立接口機連接各個獨立控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集。上層為SIS應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)，掛接SIS層各應(yīng)用服務(wù)器。通過分層式設(shè)計，一方面便于分散通訊負(fù)荷，提高各層通訊效率和網(wǎng)絡(luò)可靠性；另一方面也可以通過數(shù)據(jù)服務(wù)器進行技術(shù)和通訊協(xié)議，上層技術(shù)選擇強調(diào)開放性，根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，建議選擇交換式以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)，而下層則更強調(diào)與下層各控制網(wǎng)絡(luò)的互通性。實時/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器可以根據(jù)重要性考慮冗余配置。在技術(shù)實現(xiàn)上兩層獨立網(wǎng)絡(luò)既可通過物理網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，又可以通過VLA

18、N（虛擬網(wǎng)絡(luò)）實現(xiàn)。在SIS系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)的互連上，采用如圖3所示的策略，直接在實時/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器與MIS關(guān)系數(shù)據(jù)服務(wù)器之間建立高速雙向連接，這樣，SIS網(wǎng)絡(luò)和MIS網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)有效隔離，二者相互影響很小，兩個網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊完全通過兩個數(shù)據(jù)庫進行，這樣SIS網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用只需要與實時/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器聯(lián)系，而MIS上的應(yīng)用則只需要與MIS關(guān)系數(shù)據(jù)服務(wù)器通訊，從而減少了通訊的復(fù)雜性，提高了兩個網(wǎng)絡(luò)的獨立性和可靠性。區(qū)r 7JBat-a iiisSIS應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)冗余數(shù)據(jù)庫服務(wù)器PLC#1 DCS#2 DCSPI實時數(shù)據(jù) 庫服務(wù)器輸煤系統(tǒng)除灰系統(tǒng)化水系統(tǒng)脫硫系統(tǒng)網(wǎng)控系統(tǒng)MIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器SIS接

19、口層網(wǎng)絡(luò)接口機圖3廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)的總體結(jié)構(gòu)圖從電廠的應(yīng)用效果來看，用SIS系統(tǒng)使全廠的各控制系統(tǒng)有機的結(jié)合在一起，從以往僅僅保證工藝系統(tǒng)的安全、正常運行的舊模式走向在安全的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化控制和管理使整個電廠運行保持最佳、穩(wěn)定、經(jīng)濟的新模式上。5結(jié)束語SIS系統(tǒng)的建立，在廠網(wǎng)分開,電廠SIS系統(tǒng)的推廣應(yīng)用尚處在起步階段，其系統(tǒng)功能、監(jiān)控方式、系統(tǒng)管理范圍等在具體的應(yīng)用實踐中，將順應(yīng)電力市場的發(fā)展趨勢，不斷總結(jié)經(jīng)驗、逐步完善和發(fā)展。在未來的十年中，隨著中國電力市場改革的進一步深化，電力技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，電廠競價上網(wǎng)的電力市場中，將有助于電力企業(yè)的科學(xué)化管理，有助于建立適合我國電力企業(yè)的生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)。